Machine Learning Algorithms for Sex Classification by Using Variables of Orbital Structures: A Computed Tomography Study / Algoritmos de Aprendizaje Automático para la Clasificación del Sexo Mediante el Uso de Variables de Estructuras Orbitales: Un Estudio de Tomografía Computarizada

SUMMARY: Since machine learning algorithms give more reliable results, they have been used in the field of health in recent years. The orbital variables give very successful results in classifying sex correctly. This research has focused on sex determination using certain variables obtained from the orbital images of the computerized tomography (CT) by using machine learning algorithms (ML). In this study 12 variables determined on 600 orbital images of 300 individuals (150 men and 150 women) were tested with different ML. Decision tree (DT), K-Nearest Neighbour (KNN), Logistic Regression (LR), Random Forest (RF), Linear Discriminant Analysis (LDA), and Naive Bayes (NB) algorithms of ML were used for unsupervised learning. Statistical analyses of the variables were conducted with Minitab® 21.2 (64-bit) program. ACC rate of NB, DT, KNN, and LR algorithms was found as % 83 while the ACC rate of LDA and RFC algorithms was determined as % 85. According to Shap analysis, the variable with the highest degree of effect was found as BOW. The study has determined the sex with high accuracy at the ratios of 0.83 and 0.85 through using the variables of the orbital CT images, and the related morphometric data of the population under question was acquired, emphasizing the racial variation.

Dado que los algoritmos de aprendizaje automático dan resultados más fiables, en los últimos años han sido utilizados en el campo de la salud. Las variables orbitales dan resultados muy exitosos a la hora de clasificar correctamente el sexo. Esta investigación se ha centrado en la determinación del sexo utilizando determinadas variables obtenidas a partir de las imágenes orbitales de la tomografía computarizada (TC) mediante el uso de algoritmos de aprendizaje automático (AA). En este estudio se probaron 12 variables determinadas en 600 imágenes orbitales de 300 individuos (150 hombres y 150 mujeres) con diferentes AA. Se utilizaron algoritmos de AA de árbol de decisión (DT), K-Nearest Neighbour, regresión logística (RL), Random Forest (RF), análisis discriminante lineal (ADL) y Naive Bayes (NB) para el aprendizaje no supervisado. Los análisis estadísticos de las variables se realizaron con el programa Minitab® 21.2 (64 bits). La tasa de ACC de los algoritmos NB, DT, KNN y RL se encontró en % 83, mientras que la tasa de ACC de los algoritmos ADL y RFC se determinó en % 85. Según el análisis de Sharp, la variable con el mayor grado de efecto se encontró como BOW. El estudio determinó el sexo con alta precisión en las proporciones de 0,83 y 0,85 mediante el uso de las variables de las imágenes de TC orbitales, y se adquirieron los datos morfométricos relacionados de la población en cuestión, enfatizando la variación racial.

Application of Sphenoid Sinus Morphological Characteristics in Sex Estimation Based on Magnetic Resonance Imaging Images / Aplicación de las Características Morfológicas del Seno Esfenoidal en la Estimación del Sexo Basada en Imágenes de Resonancia Magnética

SUMMARY: Sex determination of unknown persons plays an important role in forensic science. As most bones used for sex determination are recovered in incomplete state, it is often necessary to use bones that are recovered intact e.g., the sphenoid sinus. This study aimed to evaluate the diagnostic value of sphenoid sinuses dimensions for sex determination using Magnetic Resonance Imaging (MRI) images in Chinese adults. MRI images of 79 sphenoid sinuses (from 44 men and 35 women) were retrospectively selected. The height, anterior-posterior diameter, area, and perimeter were measured in the midsagittal view of the sphenoid sinuses. All data were subjected to descriptive and discriminative functional analysis with unpaired t-test and canonical discriminant. Comparison between male and female groups showed significant statistical differences regarding the height, anterior-posterior diameter, area, and perimeter of sphenoid sinuses. The predictive accuracy rate of the sphenoid sinus to identify sex was 63.6 % in males and 62.9 % in females with an overall accuracy of 63.3 %. This study proposed the importance of sexual dimorphism of sphenoid sinus dimensions, especially if other methods are not available. It suggested using MRI in forensics science thus obviating the complete dependence on the usage of conventional computed tomography (CT) and facilitating the study of forensic anatomy at the level of soft tissue.

La determinación del sexo de personas desconocidas juega un papel importante en la ciencia forense. Como la mayoría de los huesos utilizados para la determinación del sexo se recuperan en un estado incompleto, a menudo es necesario utilizar huesos recuperados intactos, por ejemplo, el seno esfenoidal. Este estudio tuvo como objetivo evaluar el valor diagnóstico de las dimensiones de los senos esfenoidales para la determinación del sexo utilizando imágenes de resonancia magnética en individuos adultos chinos. Se seleccionaron retrospectivamente imágenes de resonancia magnética de 79 senos esfenoidales (de 44 hombres y 35 mujeres). La altura, el diámetro anteroposterior, el área y el perímetro de los senos esfenoidales, se midieron en vista mediana sagital. Todos los datos se sometieron a análisis funcional descriptivo y discriminativo con prueba t no pareada y discriminante canónico. La comparación entre los grupos de hombres y mujeres mostró diferencias estadísticas significativas en cuanto a la altura, el diámetro anteroposterior, el área y el perímetro de los senos esfenoidales. La tasa de precisión predictiva del seno esfenoidal para identificar el sexo fue del 63,6 % en hombres y del 62,9 % en mujeres, con una precisión general del 63,3 %. Este estudio propuso la importancia del dimorfismo sexual de las dimensiones del seno esfenoidal, especialmente si no se dispone de otros métodos. Se sugiere utilizar la resonancia magnética en la ciencia forense, obviando así la dependencia total del uso de la tomografía computarizada convencional y facilitando con esto el estudio de la anatomía forense a nivel de los tejidos blandos.

Sex Determination by the Machine Learning Algorithms Through Using Morphometric Measurements of the Carpal, Metacarpal, and Phalangeal Bones / Determinación del Sexo Mediante Algoritmos de Aprendizaje Automático Mediante el Uso de Mediciones Morfométricas de los Huesos del Carpo, el Metacarpo y las Falanges

SUMMARY: In the study, it was aimed to predict sex from hand measurements using machine learning algorithms (MLA). Measurements were made on MR images of 60 men and 60 women. Determined parameters; hand length (HL), palm length (PL), hand width (HW), wrist width (EBG), metacarpal I length (MIL), metacarpal I width (MIW), metacarpal II length (MIIL), metacarpal II width (MIIW), metacarpal III length (MIIL), metacarpal III width (MIIIW), metacarpal IV length (MIVL), metacarpal IV width (MIVW), metacarpal V length (MVL), metacarpal V width (MVW), phalanx I length (PILL), measured as phalanx II length (PIIL), phalanx III length (PIIL), phalanx IV length (PIVL), phalanx V length (PVL). In addition, the hand index (HI) was calculated. Logistic Regression (LR), Random Forest (RF), Linear Discriminant Analysis (LDA), K-nearest neighbour (KNN) and Naive Bayes (NB) were used as MLAs. In the study, the KNN algorithm's Accuracy, SEN, F1 and Specificity ratios were determined as 88 %. In this study using MLA, it is understood that the highest accuracy belongs to the KNN algorithm. Except for the hand's MIIW, MIIIW, MIVW, MVW, HI variables, other variables were statistically significant in terms of sex difference.

En el estudio, el objetivo era predecir el sexo a partir de mediciones manuales utilizando algoritmos de aprendizaje automático (MLA). Las mediciones se realizaron en imágenes de RM de 60 hombres y 60 mujeres. Parámetros determinados; longitud de la mano (HL), longitud de la palma (PL), ancho de la mano (HW), ancho de la muñeca (EBG), longitud del metacarpiano I (MIL), ancho del metacarpiano I (MIW), longitud del metacarpiano II (MIIL), ancho del metacarpiano II (MIIW), longitud del metacarpiano III (MIIL), ancho del metacarpiano III (MIIIW), longitud del metacarpiano IV (MIVL), ancho del metacarpiano IV (MIVW), longitud del metacarpiano V (MVL), ancho del metacarpiano V (MVW), longitud de la falange I (PILL), medido como longitud de la falange II (PIIL), longitud de la falange III (PIIL), longitud de la falange IV (PIVL), longitud de la falange V (PVL). Además, se calculó el índice de la mano (HI). Regresión logística (LR), Random Forest (RF), Análisis discriminante lineal (LDA), K-vecino más cercano (KNN) y Naive Bayes (NB) se utilizaron como MLA. En el estudio, las proporciones de precisión, SEN, F1 y especificidad del algoritmo KNN se determinaron en un 88 %. En este estudio que utiliza MLA, se entiende que la mayor precisión pertenece al algoritmo KNN. Excepto por las variables MIIW, MIIIW, MIVW, MVW, HI de la mano, otras variables fueron estadísticamente significativas en términos de diferencia de sexo.

Sex determination from scapula by volume rendering technique in Turkish population / Determinación del sexo a partir de la escápula mediante la técnica de representación de volumen en la población turca

SUMMARY: The aim of this study is to measure the significant parameters on scapula at computed tomography images and to determine the effects of these parameters for sex determination. The second aim is to find the most effective single and combined parameters to use for sex determination using scapula in Turkish population. In this study, morphometric measurements of scapula on the computed tomography images of 60 male and 60 females were evaluated and their impacts on sex determination were examined via stepwise logistic regression analysis. 10 parameters and 6 indexes calculated via using these parameters were measured. Scapular breadth of the right scapulae (86.7%), maximum scapular length of the left scapulae (85%), scapular breadth of all scapulae (80%) were found to be the most effective single parameters. Combination of the scapular breadth and maximum scapular length were 85%, 90%, 86.7% effective in sex determination on the right scapulae, on the left scapulae and on all of the scapulae, respectively. We believe that the results of this study will contribute to sex determination studies using the scapula in Turkish population for anatomist, anthropologist and forensic scientists.

El objetivo de este estudio fue medir los parámetros significativos en la escápula en imágenes de tomografía computarizada y determinar los efectos de estos parámetros para la determinación del sexo. El segundo objetivo fue encontrar los parámetros individuales y combinados más efectivos para determinar el sexo utilizando la escápula en la población turca. Se evaluaron las medidas morfométricas de la escápula en las imágenes de tomografía computarizada de 60 hombres y 60 mujeres y se examinó su impacto en la determinación del sexo mediante un análisis de regresión logística paso a paso. Se midieron 10 parámetros y 6 índices calculados mediante el uso de estos parámetros. El ancho escapular de la escápula derecha (86,7 %), la longitud escapular máxima de la escápula izquierda (85 %), el ancho escapular de todas las escápulas (80 %) resultaron ser los parámetros individuales más efectivos. La combinación del ancho escapular y la longitud máxima escapular fueron 85%, 90%, 86,7% efectivas en la determinación del sexo en la escápula derecha, en la escápula izquierda y en todas las escápulas, respectivamente. Creemos que los resultados de este estudio contribuirán a los estudios de determinación de sexo utilizando la escápula en la población turca para anatomistas, antropólogos y científicos forenses.

Sex determination using morphometric and morphological dimensions of the clavicle within the KwaZulu-natal population / Determinación de sexo dentro de la población KwaZulu-natal mediante el uso de dimensiones morfométricas y morfológicas de la clavícula

Sex determination plays an essential role in forensic anthropology in the identification of an individual from skeletal remains. The aim of the study was to determine sex of an individual using the clavicle in a KwaZulu-Natal population. Various morphometric and morphological parameters were measured using 100 clavicles of known sex (66 male and 34 female) and age (range 25­95 years). The mean maximum length, mid-shaft circumference and maximum breadth of the sternal and acromial ends of the male clavicles were greater in females. However, the mean medial curve of the clavicle was greater in females than in males on both sides, and on the right side the female clavicles also had a greater mean lateral curve than the males. The maximum length and mid-shaft circumference alone could be used to predict sex with an accuracy of 89 %. Therefore, the provision of morphometric data pertaining to the clavicle may assist forensic investigators, anthropologists and anatomists to sex the clavicle.

La determinación del sexo juega un papel esencial en la antropología forense e identificación de un individuo con restos óseos. El objetivo fue determinar el sexo de un individuo mediante la clavícula en una población KwaZulu-Natal. Se midieron varios parámetros morfométricos y morfológicos utilizando 100 clavículas (66 hombres y 34 mujeres) con un rango etario entre 25­95 años. La longitud máxima media, circunferencia media del eje y la amplitud máxima de los extremos esternal y acromial de las clavículas de los hombres fueron mayores que en las mujeres. Sin embargo, la curva medial media de la clavícula fue mayor en mujeres que en hombres en ambos lados, y en el lado derecho las mujeres también tenían una curva lateral media de las clavículas mayor que en los hombres. La circunferencia máxima y la circunferencia media del eje por sí solas podrían ser utilizadas para predecir el sexo con una precisión de 89 %. Por tanto, la información de datos morfométricos relativos a la clavícula pueden ayudar a los investigadores forenses, antropólogos y anatomistas en la determinación del sexo.

Sex-determinatinn systems and their evolution: mammlss / Sistemas de determinación de sexo y su evolución: caso mamíferos

Sex-determination methods are very diverse as they have become an enduring research field. Understanding the causes of gonadal development and elucidating the main factors involved in sex-determination of offspring required relating information from far-ranging areas such as cytology, embryology, morphology, molecular biology and even ecology and evolution. This article presents an overview of sex-determination in placental mammals, encompassing several levels of biological organization. The importance of the underlying molecular tools in the context of sex-determination assays and their implications in conservation genetics is also discussed.

Los sistemas de determinación de sexo son muy diversos y en consecuencia se ha aumentado la investigación en este campo. Entender el desarrollo gonadal y elucidar los factores involucrados en la determinación de sexo de la descendencia ha requerido tomar información de aéreas como: citología, embriología, morfología, biología molecular e incluso de ecología y evolución. Este artículo presenta una visión de los mecanismos de determinación de sexo en mamíferos placentarios, abarcando algunos niveles de organización biológica. También se discute la importancia de las herramientas moleculares en las pruebas de determinación del sexo y sus implicaciones en conservación genética.

Age effect in the morphological traits performance for sex determination in human skulls and mandibles / Efecto de la edad en el rendimiento de los rasgos morfológicos para la determinación del sexo en cráneos y mandíbulas humanas

In this study we tested the hypothesis that diagnostic performance of the morphological indicators for sexual dimorphism are reduced as they are applied in skull and mandibles of older subjects. We used 275 adult human skulls, 250 of these with mandible, all subjects with sex and age registry. Sixteen classic morphological indicators of sexual dimorphism were evaluated, this information was compared with the registry and results noted in terms of precision. The best general performance of morphological indicators of sexual dimorphism were recorded in the 31 - 40 and 61 - 70 years, age range groups. Lowest precision ws recorded in the group corresponding to subjects between 21 ­ 30 years. Our results do not support the proposed hypothesis and suggest a progressive and cumulative effect of factors that determine dimorphism expression.

En este estudio testeamos la hipótesis que el rendimiento diagnóstico de los indicadores morfológicos de dimorfismo sexual disminuía al aplicarlos en cráneos y mandíbulas de individuos de mayor edad. Utilizamos 275 cráneos humanos adultos, 250 de los cuales tenían mandíbula, todos con registro de sexo y edad. Se evaluaron 16 indicadores morfológicos clásicos de dimorfismo sexual, estos datos se contrastaron con el registro y los resultados se expresaron en términos de exactitud. El mejor rendimiento general de los indicadores morfológicos de dimorfismo sexual se encontraron en los rangos etarios de 31-40 y de 61-70 años, la menor exactitud se encontró en el grupo correspondiente a individuos de entre 21-30 años. Nuestros resultados no sustentan la hipótesis propuesta y sugieren un efecto progresivo y acumulativo de los factores que determinan la expresión de dimorfismo.

Sex determination in Turdus amaurochalinus (Passeriformes: Muscicapidae): morphometrical analysis supported by CHD gene

Sex determination is important for conservation and population studies, particularly for reproduction programs of threatened species and behavioural ecology. Turdus amaurochalinus, Creamy-bellied Thrush, only exhibits sexual dimorphism during the breeding season, when males are considered to show intense yellow bills, and females and immature males show dark brown bills. The objectives of this study were: 1) to determine the sex of individuals using genetic techniques, and 2) to test the hypothesis that sex dimorphism can be detected by morphometry. This study was carried out at Parque Nacional da Restinga de Jurubatiba, a preserved area located on the North coast of Rio de Janeiro State. The birds were captured using ornithological nets, singly marked with metal rings, weighed, measured and had blood samples collected before being released. The sex of 42 T. amaurochalinus individuals was determined using the CHD gene marker. A total of 20 males and 22 females were identified from June to August, with peak capture frequency in June. Turdus amaurochalinus females and males differed significantly in morphometrical measures. The most important traits to distinguish males from females were wing length (Student t-test=4.34, df=40, p=0.0001) and weight (Student t-test=2.08,df=40, p=0.044): females were heavier and had significantly shorter wing length than males. Females and males were correctly classified in 86% and 75% of cases, respectively, using Discriminant Analysis. The molecular analysis was the most secure method for sex determination in the studied species. Rev. Biol. Trop. 59 (2): 789- 794. Epub 2011 June 01.

La determinación del sexo es importante para la conservación y los estudios poblacionales. Turdus amaurochalinus no presenta aparente dimorfismo sexual. El objetivo de este estudio fue determinar el sexo a través de una técnica genética, mediante el uso del marcador del gen CHD y se puso a prueba la hipótesis de que el dimorfismo sexual puede ser detectado por morfometría. Este estudio se llevó a cabo en el Parque Nacional da Restinga de Jurubatiba, una zona protegida situada en la costa norte de Río de Janeiro. Las aves fueron capturadas con redes de niebla, los individuos se marcaron con anillos de metal, se pesaron, medieron y se les tomó una muestra de sangre antes de ser liberados. Un total de 20 machos y 22 hembras fueron identificados en el área de estudio desde junio hasta agosto, con la frecuencia máxima de captura en junio. La prueba de t-student fue usada para evaluar si hembras y machos se diferencian considerablemente en relación a medidas morfométricas. Los rasgos más importantes para distinguir machos de hembras fueron la longitud del ala y el peso: las hembras eran más pesadas y tenían longitud de ala considerablemente más corta que los machos. Hembras y machos fueron correctamente clasificados en un 86% y 75% de casos respectivamente, donde se usó un análisis discriminante. El análisis molecular es el método más seguro para la determinación sexual en la especie estudiada.